大容量高可靠性異步電動(dòng)機(jī)制造工藝研究

刁明勇，涂 強(qiáng)

(東方電氣(德陽(yáng))電動(dòng)機(jī)技術(shù)有限責(zé)任公司，四川 德陽(yáng) 618000)

0 引言

大容量高可靠性異步電動(dòng)機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域的重要產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各類電廠、鋼廠、科研院所等領(lǐng)域，在動(dòng)力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。例如鋼廠的高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)，能否穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到一爐鋼水的冶煉成敗，對(duì)電機(jī)的可靠性要求極高；還有核電廠的主泵電機(jī)，是核電站的“心臟”設(shè)備，主泵電機(jī)帶動(dòng)核泵在核島一回路系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)冷卻劑進(jìn)行循環(huán)，將熱水泵入蒸發(fā)器轉(zhuǎn)換熱能，是核電一回路控制水循環(huán)的關(guān)鍵，穩(wěn)定性和可靠性關(guān)系到核電站安全。

東方電氣(德陽(yáng))電動(dòng)機(jī)技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造的這類大容量高可靠性異步電動(dòng)機(jī)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求明顯高于同類常規(guī)產(chǎn)品，因此在制造過(guò)程中需要攻克諸多難點(diǎn)，才能確保制造質(zhì)量水平滿足產(chǎn)品使用工況和性能要求。

1 大容量高可靠性異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制造工藝

大容量高可靠性異步電動(dòng)機(jī)一般為鼠籠轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可采用立式和臥式結(jié)構(gòu)，銅條一般為合金鋁青銅。定子鐵芯采用拉緊螺桿定位，采用一邊疊片、一邊焊接的裝配工藝，鐵心內(nèi)徑公差僅為±0.1 mm。定子線圈裝配間隙小，采用熱壓下線工藝，為滿足定子耐電暈質(zhì)量，定子線圈端部間隙和端部固定要求高。定子GVPI浸漬2次或3次，浸漬參數(shù)、出罐進(jìn)爐時(shí)間、烘焙參數(shù)等控制嚴(yán)格，浸漬烘焙完成后定子浸泡在水箱內(nèi)進(jìn)行電氣試驗(yàn)。轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，鋁青銅條和端環(huán)之間采用整體中頻感應(yīng)焊接工藝。轉(zhuǎn)軸采用合金鍛件材料，“滑轉(zhuǎn)子”、通風(fēng)溝等均為加工成形，精度要求極高。鐵芯與轉(zhuǎn)軸采用熱套工藝，轉(zhuǎn)子裝配完成后須進(jìn)行額定轉(zhuǎn)速下的動(dòng)平衡和超速試驗(yàn)。

2 制造工藝和關(guān)鍵過(guò)程

2.1 定子鐵心內(nèi)裝壓工藝

定子鐵心采用內(nèi)裝壓結(jié)構(gòu)，是用拉緊螺桿將上、下壓圈把緊，將鐵芯壓緊，拉緊螺桿與機(jī)座環(huán)板進(jìn)行焊接。由于使用拉緊螺桿作為疊片基準(zhǔn)，拉緊螺桿的裝配精度要求極高，這樣才能保證疊片槽型和內(nèi)徑公差尺寸。

為了準(zhǔn)確裝配拉緊螺桿，制作專門的定位、調(diào)節(jié)工裝，通過(guò)工藝試驗(yàn)研究出特定的焊接參數(shù)，并采用一邊疊片、一邊焊接螺桿的焊接工藝方法，減小螺桿的焊接變形[1]，疊片質(zhì)量得到了很好的控制，鐵芯槽型寬度公差可控制在0.06 mm以內(nèi)，鐵芯內(nèi)徑公差可控制在±0.1 mm，鐵芯裝配質(zhì)量能完全滿足技術(shù)要求。

2.2 定子線圈裝配工藝

2.2.1 線圈下線

定子電壓等級(jí)為10 000 V，定子線圈的寬度比鐵芯槽寬，尺寸大，槽滿率偏高，給下線帶來(lái)較大困難，而且作為圈式線圈，線圈直線部分未膠化且長(zhǎng)度達(dá)1 200 mm，非常容易發(fā)生彎曲，給定子下線造成了相當(dāng)大的困難。

為解決這一難題，通過(guò)常規(guī)的直接下線或冷壓下線均不能滿足要求。為了順利下線，使用專門的熱壓設(shè)備和熱壓模具，采用熱壓下線工藝，將線圈加熱至一定溫度并保溫一定時(shí)間，然后將線圈嵌入鐵芯槽內(nèi)，同時(shí)在槽口處采取保護(hù)措施，避免損傷線圈絕緣。

2.2.2 線圈端部綁扎

由于定子要做整體電暈試驗(yàn)，對(duì)線圈端部斜邊間隙和綁扎要求很高，不均勻的端部形狀是導(dǎo)致電暈產(chǎn)生的重要原因之一，通過(guò)精細(xì)的端部整形、綁扎工藝以及樣板檢查手段，可以將線圈端部尺寸控制在技術(shù)要求內(nèi)。

2.2.3 測(cè)溫元件裝配

定子線圈裝配過(guò)程中還有2個(gè)重要細(xì)節(jié)，關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性：一是定子測(cè)溫元件的裝配，二是線圈端部的焊接并頭。①定子測(cè)溫元件使用硅橡膠固定在層間墊條內(nèi)，然后在工裝模具中施加一定壓力并加熱固化成型，模擬測(cè)溫元件在定子中的受力狀態(tài)。最終測(cè)溫元件裝配可以在壓力狀態(tài)下，不同溫度下阻值的變化滿足要求。②線圈并頭采用并頭塊焊接結(jié)構(gòu)，焊接質(zhì)量極高，焊接質(zhì)量可靠穩(wěn)定，因此在使用直流電阻進(jìn)行考核時(shí)，采用的是每個(gè)極相組進(jìn)行比較，偏差不大于1%，考核標(biāo)準(zhǔn)大大提高了。

2.3 定子GVPI浸漬烘焙工藝

由于這類電機(jī)的高可靠性要求，定子GVPI后的電氣試驗(yàn)有直流泄露試驗(yàn)、局方試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)、浸水試驗(yàn)等，電氣試驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)值非常苛刻。經(jīng)過(guò)分析和工藝試驗(yàn)，研究出定子多次浸漆和定子先凝膠烘焙再進(jìn)行固化烘焙的工藝方法，能大大提高定子繞組的掛漆量，線圈槽內(nèi)和端部間隙能被浸漬漆填充完整和均勻，提高了定子絕緣性能，最后電氣試驗(yàn)均滿足考核要求。

2.4 轉(zhuǎn)軸加工工藝

轉(zhuǎn)軸材料為低合金鍛鋼，轉(zhuǎn)軸上的“W”形通風(fēng)槽和下導(dǎo)軸承的“滑轉(zhuǎn)子”都是切削加工出來(lái)，對(duì)加工應(yīng)力變形的控制非常重要。加工過(guò)程中粗車、半精車、精車與粗銑、精銑交替進(jìn)行，控制加工應(yīng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸精度造成的影響[2]?！癢”形通風(fēng)槽的分度直接影響轉(zhuǎn)軸在圓周方向的質(zhì)量分布，因此在精銑“W”形通風(fēng)槽時(shí)要使用高精度分度盤(pán)控制分度精度。“滑轉(zhuǎn)子”處的形狀和位置公差要求很高，在轉(zhuǎn)軸加工過(guò)程中難度最大，依靠成型車刀和數(shù)控編程相結(jié)合的方式，達(dá)到了產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.5 轉(zhuǎn)子鐵芯疊壓工藝

轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，轉(zhuǎn)子鐵芯為整圓沖片，直徑超過(guò)1 m，疊片過(guò)程不允許使用調(diào)節(jié)片調(diào)整鐵芯波浪度，對(duì)沖片質(zhì)量提出很高要求。在沖片制造時(shí)，硅鋼片原材料的厚度公差控制在0.10 mm以內(nèi)。沖片落料時(shí)，采用旋轉(zhuǎn)角度落料和旋轉(zhuǎn)角度刷漆，避免厚度誤差累積，避免沖片同板差[3]。

轉(zhuǎn)子疊壓過(guò)程中多次進(jìn)行預(yù)壓，確保段長(zhǎng)、偏心等參數(shù)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鐵芯的緊量檢查非常嚴(yán)格，不是使用常規(guī)電機(jī)鐵芯檢查的彈簧緊量刀進(jìn)行檢查，而是采用薄刀片，確保鐵芯緊量滿足要求。鐵芯的片間壓力要求為拉緊螺桿伸長(zhǎng)后的殘余值，通過(guò)工藝試驗(yàn)后確定了該壓力值。

2.6 轉(zhuǎn)子端環(huán)中頻感應(yīng)焊接工藝

轉(zhuǎn)子銅端環(huán)與銅條的焊接為整體中頻感應(yīng)焊接，為了滿足電機(jī)“二次啟動(dòng)溫升”的高可靠、穩(wěn)定性要求，必須保證端環(huán)與銅條的焊接牢固性，提高焊接質(zhì)量。

焊接前嚴(yán)格控制以下工藝要求：鐵芯垂直度、端環(huán)和銅條表面潔凈度、端環(huán)與銅條之間的間隙、焊料類型和數(shù)量、環(huán)境濕度大小。焊接過(guò)程按照規(guī)定工藝參數(shù)進(jìn)行升溫、保溫和降溫，讓釬焊料在端環(huán)熔池形成均勻飽滿的焊縫。焊縫PT、VT檢查滿足技術(shù)要求。

2.7 轉(zhuǎn)子鐵芯套軸與動(dòng)平衡工藝

轉(zhuǎn)子鐵芯加熱后套在轉(zhuǎn)軸上，由于配合緊量較大，加熱溫度要控制在190℃～210℃。為保證熱套過(guò)程順利進(jìn)行，熱套前要確認(rèn)熱套間隙不小于0.2 mm。鐵芯熱套完成后，冷卻過(guò)程要使用扳手對(duì)壓緊螺母進(jìn)行把緊，減少鐵芯收縮的影響。鐵芯冷卻后，精確測(cè)量鐵芯壓圈和轉(zhuǎn)軸的間隙，配加工每一個(gè)弧鍵，確保鐵芯熱套不影響沖片緊量。

3 結(jié)語(yǔ)

大容量高可靠性異步電動(dòng)機(jī)制造工藝采用了多項(xiàng)關(guān)鍵措施和方法來(lái)保證產(chǎn)品的高可靠性要求，近20項(xiàng)制造工藝技術(shù)的研究和成功應(yīng)用保證了這類產(chǎn)品的性能指標(biāo)，這些成果的應(yīng)用為該型電機(jī)的制造奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，這些工藝技術(shù)也可應(yīng)用于其他異步電機(jī)產(chǎn)品，尤其是國(guó)內(nèi)使用的進(jìn)口高端電機(jī)領(lǐng)域，對(duì)高端異步電機(jī)的國(guó)產(chǎn)化有促進(jìn)和推動(dòng)作用。